Neuer
Komfort mit Tageslicht
La lumière
naturelle à bon escient
Bundesamt für Konjunkturfragen Office fédéral
des questions conjoncturelles
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Projektleitung:
Reto P. Miloni, Dipl. Architekt ETH SIA 5400 Baden
Autoren:
Urs Büttiker, Dipl. Architekt ETH SIA 4057 Basel
Marc-Henri Collomb, Architecte EPFL SIA FAS, Atelier CUBE
1001 Lausanne
Dr. Raphael Compagnon, Laboratoire d’Energie Solaire et de Physique du Bâtiment, EPFL, Ecublens,
1015 Lausanne
Yves Golay, Architecte EPFL, Institut de Téchnique du Bâtiment, EPFL,
Eglise Anglaise 12 1006 Lausanne
Jürgen Kleinwächter, Dipl. Physiker, Bomin Solar Holding AG
6302 Zug
Klaus Buntkiel-Kuck, Dipl. Ing., Siemens AG D-8225 Traunreut
Beat Kunz, Dipl. Ing., Agero AG 8255 Schlattingen
Reto Miloni, Dipl. Architekt ETH SIA 5400 Baden
Dr. Franz Mühlethaler, Dipl. Phys.
Infraconsult AG, 3006 Bern
Prof. Dr. -lng. Helmut Müller, Institut für Licht- und Bautechnik, Fachhochschule D-5000 Köln 21
Bernard Paule, Architecte, CUEPE Université de Genève,
1231 Conches-Genève
Prof. Paule Rey, Unité de Médecine du Travail et d'Ergonomie,
Université de Genève 1200 Genève
Trägerschaft:
SIA Schweiz. Ingenieur- und Architektenverein
Beratende Projektgruppe:
Charles Weinmann, Physicien, Dr. ès sc.
Weinmann Energies SA 1040 Echallens
Karl Wellinger, Dipl. Masch. Ing. ETHZ Weinmann Energies SA
1040 Echallens
Prof. Jean-Louis Scartezzini CUEPE, Université de Genève, 1231 Conches-Genève Design:
Rodolfo Sacchi, SGD 8001 Zürich
Satz und Produktion:
Education Design Sepp Steibli, Bern Mediatec Bernard Landolt, Worb Übersetzung ins Französische:
Susanne Riser
Université de Genève, CUEPE 1231 Conches-Genève Copyright:
Bundesamt für Konjunkturfragen (BfK) 3003 Bern
Auszugsweiser Nachdruck mit Quellenangabe erlaubt Bezugsquellennachweis:
Zu beziehen bei:
Eidg. Drucksachen- und Materialzentrale Best.-Nr. 724.306 d/f
A commander au-près de:
Programme d'action Construction et énergie Daniel Notter, LESO-EPFL Case Postale 12, 1015 Lausanne Best.-Nr. 724.306 d/f
Impressum Impressum
Copyright © 1995
Bundesamt für Konjunkturfragen
Office fédéral des Questions conjoncturelles Form 724.306 d/f 1.95 2000 U22588
Impressum
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Inhalt
Table des matières
Komfort Transparenz, Komfort und Energie-Effizienz 4 Lumière naturelle, architectes et spécialistes 6 Besser wahrnehmen durch Tageslicht 8 ABC der Ergonomie am Bildschirmarbeitsplatz 10 Thermischer Komfort hinter Glas 14 Lumière naturelle et projet d'architecture 18
Planungshilfsmittel Systemevaluation im Planungsteam 20 Nouveaux outils de conception: ciel artificiel et simulation 22 Dynamische Gebäudesimulationen mit Echtwetter-Daten 24 Aide-mémoire für «Neuen Komfort mit Tageslicht» 26
Systemhinweise Sonnenschutz - Funktion, Systeme und Trends 28 Optimale Arbeitsbedingungen mit Tageslichtsystemen 32 TWD als innovative Applikation für Fenster 34 Natürliche Beleuchtung mit lichtlenkenden Hologrammen 36 Lichteinspiegelung in fensterferne Zonen 38 Déviateurs de lumière naturelle en façade 40 Comparaison de systèmes 42
Analysen Synthèse des cours RAVEL 46 Synopsis des objets analysés 48 Atria dans deux bâtiments d'administration 52 Ateliers avec ouverture zénithale 54 Coursives et protection solaire 56 Eclairage latéral 58 Verbesserungsvorschläge
Propositions d'amélioration 60 Impact d'une réduction des menuiseries 62 Influence de la position d'une coursive 64 Apport de lames extérieures translucides 66 Aménagement d'un atrium par déflecteurs 68
Background Tageslicht im Werk von Louis I. Kahn 70
Publikationen des Impulsprogrammes RAVEL 74
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gen. Simple Seitenfenster sind schon problematisch, wenn quantitativ und qua- litativ eine günstige Tageslichtverteilung im Raum und hinreichende Blendungs- begrenzung erwünscht ist.
Ist Tageslichtmilieu vorausgeplant?
Während der Projekt-Ausarbeitung wird die Tageslichtnutzung selten vorausbe- rechnet. «Klassische» Planungsinstrumen- te (Grundriss, Schnitt, Fassaden) geben in dieser Situation auch nur lückenhaft Auf- schluss bezüglich zu erwartendem Kom- fort und Energieverbrauch.
Noch bezahlen Bauherrn die Zeche!
Eine Voraussage darüber, welcher Seh- und Raumklimakomfort in einem Bau mit entsprechenden Mitteln in der Realität einmal erreicht werden wird, wäre bereits im frühen Projektstadium möglich. Dem Bauherrn könnten hohe Energierechnun- gen und dem Nutzer spätere Ent- täuschungen über unzureichenden Komfort erspart werden.
Hilfsmittel für Architekten
Die unter dem Thema «Neuer Komfort mit Tageslicht» durchgeführten Kurse im Rahmen der Konjunkturförderungspro- gramme RAVEL zeigen Zusammenhänge im Bereich Energie, Ergonomie und visuel- lem Komfort am Arbeitsplatz auf.
Es werden Ansätze zu einem zeitgemäs- sen Umgang mit «Licht als Baustoff in der Hand des Architekten» gezeigt. Eine Syn- these besuchter Fallbeispiele sowie EDV- gestützte Computersimulationen machen deutlich, dass Tageslichtsituationen kon- zeptionell verbessert werden können und gute Architektur nicht im Widerstreit mit energie-effizienten Lösungen zu stehen braucht.
Die vorliegende Dokumentation macht interessierte Architekten mit den Prinzi- pien des natürlichen Tageslichtkomforts vertraut. Sie gibt Hinweise über konven- tionelle und innovative Fassadensysteme und erläutert heute zur Verfügung stehende Planungshilfsmittel.
Transparenz, Komfort und
Energie-Effizienz
Die zunehmende Sensibilität gegen- über der Ressource «Tageslicht», der Trend zum energiebewussten Entwurf und die Notwendigkeit - aus Komfort- und Energiegründen - den Kunst- lichteinsatz zu senken, verlangen nach neuen Verhaltensweisen seitens der Gebäudeentwerfer. Architekten kön- nen mit konzeptionellen Mitteln einen Beitrag leisten, die sich kon- kurrierenden Ansprüche der Tages- lichteinstrahlung, Blendungsbegren- zung mit der Forderung nach Wärme- spiegelung und Aussicht auf einen Nenner zu bringen.
Reto P. Miloni Dipl. Architekt ETH SIA
Baden
Komfort Entkoppelung der Funktionen
Die Anwendung elementarer Prinzipien der Tageslichttechnik war während Jahr- hunderten für Architekten eine Selbst- verständlichkeit. Damit Gebäude natürlich belichtet - und belüftet - werden konnten, wurden bis im 19. Jahrhundert
Gebäudetiefen von mehr als 25 Metern vermieden - entsprechende Bebauungs- muster sind in historischen Stadtstruk- turen noch heute erkennbar. Das Zusam- mentreffen von kostengünstig massenpro- duziertem Floatglas mit – dank Strom –
«künstlich» erzeugtem Beleuchtungs- und Raumklimakomfort ermöglichte eine freie Gliederung von Volumen, Grundriss und Schnitt. Der in der Moderne einsetzende
«Siegeszug der Glasarchitektur» führte zu Bauformen, welche die Funktion des Tren- nens in der Gebäudehülle von der Tragfunktion entkoppelte.
Transparenz und Lichtautonomie Transparente Fassaden bedeuten noch kein Ausschalten des Kunstlichtes – im Gegenteil: aus Blend- und Sonnenschutz- gründen angebrachte Spezialgläser, Son- nenschutzkomponenten und Blendschutz- einrichtungen verhindern vielerorts den Tageslichteintritt. Sei eine Vorhangfassade noch so grosszügig – sie muss trotzdem beschattet werden. Beleuchtung, Belüf- tung und Klimatisierung sind in diesen Fällen nur mit erheblichem Energiebedarf möglich. Im Arbeitsalltag bemängeln viele Gebäudebenutzer ungenügenden Tages- lichtkomfort und zu häufigen Kunst- lichteinsatz.
Ungünstige Lichtverteilung im Raum Zuviel Tageslicht in Fensternähe, zuwenig in der Raumtiefe, störende Blendung und eine für die aufzubringende Sehleistung schlechte Kontrastbildung sind häufige Klagen am Büroarbeitsplatz. Wenn bei Sonnenschein die Storen geschlossen wer- den müssen, kommt unnötiger Kunstlicht- einsatz hinzu. Bei Bildschirmtätigkeit ist eine befriedigende Fenster- und Sonnen- schutzdisposition kaum zu bewerkstelli-
5 Quellenhinweise:
1) «Concepts and practice of architec- tural daylighting», Fuller Moore, Van Nostrand Reinhold Company, New York 1985
2) «Photovoltaik und Architektur»
Othmar Humm und Peter Toggweiler, Birkhäuser Verlag, Basel, Boston, Berlin 1993
3) «Ritter hatten keine Kühlprobleme»
Klaus Daniels, NZZ Nr. 145/1991 Energieeinsparungen bis zu 70%
durch sinnvolle Beleuchtung und Fensteranordnung sind möglich, wenn Gebäude gezielt positioniert, dimensioniert, das Tageslicht modu- liert wird. Vorteilhaft konzipierte Fassaden wie hier im «Stockley Park»
steigern überdies den Komfort (Architekt: Iain Ritchie, London)
Sonnenlicht selektiv nutzen!
Gezeigt wird auch, wie die Tageslicht- modulation in der Fensterebene durch den Einsatz selektiv wirksamer «Tages- lichtsysteme» erfolgversprechend ange- gangen werden kann: etwa durch Plexi- prismen, welche direkte Sonnenstrahlen reflektieren, während sie diffuses Tages- licht hereinlassen und die Fensteröffnung entblenden oder durch Neuentwicklungen wie etwa das «Anidolische Fenster».
Umdenken tut not!
Die Zukunft ist zwar nicht – wie durch den Blick in die Kristallkugel – vorausseh- bar. Einiges deutet indessen daraufhin, dass Fassadenkonzeptionen in Zukunft aufwendiger werden – und die Haus- technik einfacher! Dies im Interesse ener- gie- und auch (folge-)kostenbewussterer Bauherren und komfortorientierter Nutzer.
Eine komplexere Funktionalität im Gebäude ist aber nur möglich, falls Elemente wie «Sonnenschutz», «Tages- lichtöffnung», «Ausblick und Entblen- dung» oder «Lüftung» zonal und funk- tional entkoppelt werden.
Architekten mit erweitertem Entwurfs- verständnis haben in diesem neuen Markt echte Chancen. Voraussetzung für ihr erfolgreiches Produkt wäre: «energy-cons- cious-building design». Dieses Buch ver- mittelt einige Denkanstösse dazu.
Outils d’aide à la conception en éclai- rage naturel
●Les cours du programme d’impulsion RAVEL, intitulés «Lumière naturelle à bon escient» sont soutenus par la SIA. Ils ont pour objet de montrer les liens étroits existant entre énergie, architecture et confort visuel ou thermique à la place de travail.
Ce manuel indique quelques-unes des solutions qui permettent d’aboutir à une conception énergétique optimale du bâti- ment, en donnant notamment des indica- tions précieuses sur les possibilités d’utili- sation de la lumière naturelle, matière première des architectes.
Ce document contient une série d’exem- ples et d’études en éclairage naturel réali- sées sur ordinateur; il a pour objectif de montrer les possibilités d’amélioration en éclairage naturel sur la base de cas con- crets. Il montre, par ailleurs, à quel point l'économie d’énergie est synonyme de bonne conception architecturale.
Objectif premier: améliorer le confort par la lumière naturelle
●Ce document a pour but de familiariser les architectes avec les principes essentiels de l’utilisation de la lumière naturelle. Il donne des indications fondamentales con- cernant, notamment, les performances de systèmes d’éclairage naturel latéral de type conventionnel ou de conception avancée; il présente un aperçu des possi- bilités offertes par les outils nouveaux de conception et d’études en éclairage natu- rel. On y montre, par ailleurs, comment la gestion de la lumière naturelle peut être rendue plus efficace par l’utilisation de systèmes d’éclairage naturel appropriés:
les dispositifs prismatiques, qui permettent de rejeter le rayonnement solaire direct, tout en transmettant la lumière diffuse, ou les systèmes anidoli- ques, issus des développements récents de la recherche qui permettent de guider la lumière, comme des projecteurs de lumière naturelle, sont deux exemples de tels systèmes.
Un «must»: réviser les vieux concepts!
●Lors de la conception d’une façade, il ne s’agit désormais plus de trouver un élé- ment «passe-partout» censé remplir tou- tes les fonctions attribuées à la fenêtre, mais de séparer plutôt chacune d’elles (protection solaire, transmission de la lumière naturelle, vue vers l’extérieur et éblouissement): on rend ainsi celle-ci plus efficace.
Une autre nécessité: trouver des solu- tions nouvelles!
●Les brises-soleil accrochés à la devantu- re des fenêtres, peuvent faire office de protections solaires; les éléments proté- geant contre l’éblouissement doivent être orientables en fonction de la place de travail, et facilement maniables par l’utili- sateur. La vue vers l’extérieur peut être assurée par des percements en façade; la lumière du jour (principalement sa com- posante diffuse) doit être amenée à l’intérieur du bâtiment, par l’intermédiaire d’ouvertures en partie haute. Le cas échéant, de véritables systèmes de gestion de lumière naturelle doivent être intégrés en façade.
Ces façades et locaux d’un nouveau genre, engendrent une perception nou- velle de l’espace et une relation plus intense de l’usager avec l’environnement extérieur. Leur réalisation ne pourra, toutefois, pas être menée à bien sans l’apprentissage de connaissances préalab- les de la part des architectes et des autres acteurs de la construction. C’est le cas, en particulier, des mécanismes de perception visuelle et des techniques d’économies d’énergie.
Des économies d‘énergie de l‘ordre de 40 à 70% peuvent être atteintes grâce à l‘utilisation intensive de l‘éclairage naturel (exemple: Stockley Park à Londres, architecte: Iain Richtie).
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Lumière naturelle,
architectes et spécialistes
Tenté par les possibilités immenses con- tenues dans les techniques et les sources d’énergie modernes, notre siècle nous a conduit peu à peu vers une exploitation maximale des surfaces du point de vue de la rentabilité.
On a aligné les besoins d’éclairage à cette nécessité qui exige des performances défi- nies et constantes dictées par une vision des choses où l’être humain est considéré avant tout pour ses performances de mécanique très sophistiquée.
Dans ce cadre, toute influence aléatoire, tout superflu, toute variation a été consi- dérée comme un indésirable élément parasite - perturbant les performances idéales à atteindre et à garantir.
La technologie efface les phénomènes sensoriels
Dans cette première période des temps modernes la technologie a donné le meil- leur d’elle-même pour effacer toutes les variations des phénomènes sensoriels.
Dans un domaine parallèle, celui des nui- sances auditives, pareille attitude a con- duit à rendre les bâtiments hermétiques à toute variation de bruit extérieur, en amenant de plus en plus de gens à ne plus recevoir les communications du monde ambiant. Chacun connaît ces volu- mes sourds à leur environnement où il a fallu réintroduire, par des canaux artificiels, les bruits atténués qui nous ras- surent en permanence et règlent presque inconsciemment notre rythme tout au long de la journée. Le traitement de la lumière dans les bâtiments de notre épo- que a évolué de façon moins manifeste, mais équivalente, même si les résultats sont aussi perturbants pour l’être vivant.
A grand renfort de lumière artificielle, on a peu à peu effacé toutes les sensations provenant de l’extérieur qui agrémentent heure par heure notre lieu de travail ou de repos en l’illuminant d’un accompagne- ment kaléidoscopique d’effets chan- geants. Entretemps, le coût écologique de l’éclairage artificiel et de ses implications s’est accru jusqu’à provoquer une mise en Autrefois, filtrée par une architecture
de maçonnerie épaisse, la lumière révélait des zones bien délimitées, isolées l’une de l’autre à l’intérieur d’un grand et même volume intérieur.
Le moine du moyen âge disposait sans doute son pupitre à enluminures près d’une fenêtre parcimonieusement creusée et «spatialisée» dans l’épais- seur d’un mur de forteresse. Il se déplaçait dans la pénombre entre les zones naturellement illuminées, et il se servait d’une chandelle pour accé- der aux ouvrages classés dans la bibliothèque : l’espace était généreux et les zones utilisables restreintes.
Marc-Henri Collomb Architecte EPFL SIA FAS Atelier CUBE, Lausanne
Komfort question de leur utilisation trop généra-
lisée.
Espaces d'interventions limitées Comme pris entre les deux cylindres d’un laminoir des conceptions, celui de la ren- tabilité de la moindre parcelle d’étage, et celui d’un apport de lumière aussi abon- dant et stable que possible, l’espace d’intervention sur la lumière naturelle s’est réduit à la couche la plus mince, celle de la peau de la façade entourant le bâti- ment. Il en est résulté une sorte d’am- biance neutralisée et homogénéisée à grand renfort de correcteurs d’éclairage artificiel et de filtres, menant à une situati- on de neutralité et d’indifférence vis-à-vis de la lumière provenant de l’extérieur.
Rares ont été alors les architectes et les spécialistes qui ont échappé à cette vision réductrice des besoins de l’esprit humain limitée aux résultats des mesures.
Se servir de la liberté offerte?
Se servant alors de la liberté offerte par la palette des techniques à disposition, ces pionniers ont risqué des «manifestes con- struits» utilisant une échelle de valeurs où l’être humain retrouvait un bâtiment taillé sur mesure autant pour ses activités que pour la satisfaction de son besoin de se sentir immergé dans l’environnement, moyennant bien sûr, un degré de protec- tion adéquat.
Appui des meilleures techniques - et spécialistes
Depuis la prise de conscience de ces expériences bénéfiques, il devient toujours plus utile de pouvoir compter, dès le pre- mier stade de la planification, de l’appui des meilleures techniques et de l' éru- dition la plus étendue de spécialistes pas- sionnés par l’éclairage naturel.
Ces spécialistes se sont en effet convain- cus du besoin psychologique de l’utilisa- teur de se connecter le mieux possible au ciel météorologique, même dans les endroits traditionnellement les plus délais- sés des bâtiments.
7 Maîtriser les moyens «passifs»
Technicien de l’effet lumineux heureux, maîtrisant les moyens dits «passifs», le spécialiste sait adopter une attitude ou- verte, en fournissant aux divers interve- nants les renseignements qui influencent à leur tour leurs disciplines, et en propo- sant au chef de projet les méthodes
«douces» qui lui permettront de parvenir aux effets recherchés.
Mieux gérer les sources d'énergie La nécessité actuelle de mieux gérer les différentes sources d’énergie a ravivé l’intérêt pour les utilisations les plus carac- téristiques de la lumière naturelle dans l’architecture. Les solutions obtenues autrefois par la seule foi dans les intuiti- ons de leurs inventeurs recueillent au- jourd’hui la confirmation de notre époque grâce au savoir du spécialiste en lumière naturelle.
Avec son appui, l’architecte repartira à la conquête de la coupe des immeubles et de leurs plans jusqu’aux noyaux les plus reculés, réunissant désormais deux mon- des jusqu’ici trop séparés, en élargissant au maximum la bande trop étroite bénéfi- ciant de la lumière du jour située juste derrière la façade, et en récupérant bon nombre des surfaces arrières encore trop
●Gebäude sind «taub» geworden Dank dem Einsatz einer komplexen Haustechnik wird in Gebäuden unserer Zeit ein künstliches Ambiente erzeugt. Die Gebäude sind zum Preis erhöhten Energieeinsatzes gewissermassen «taub»
geworden für die vorherrschenden Aussenbedingungen: von Aussenklima, Tageslichtverhältnissen und Geräuschen sind sie weitestgehend abgekoppelt.
●Verlust sensorischer Reize
Benutzer wurden damit einzelner senso- rischer Reize beraubt: Kontakt zur Natur vermittelt allenfalls noch eine Zimmerlinde oder ein bunter Kalender. Im vom Aussenlärm schallisolierten Gebäude wird ein minimaler Geräuschpegel durch «rosa Rauschen» via Lautsprecher simuliert. Das Raumklima wird künstlich konditioniert und beleuchtet werden tieferliegende Räume künstlich.
●Anachronismus «High-Tech»
Die ökonomischen, energetischen und ökologischen Konsequenzen hochtechni- sierter Gebäude passen nicht mehr in eine umweltbewusste Zeit.
●Ressource Tageslicht: «DNA-Print»
eines modernen Gebäudekonzepts?
Der sinnvolle Umgang mit Tageslicht im Gebäude könnte hier zu einer Art «gene- tischem Code» für den zeitgemässen Um- gang mit natürlichen Ressourcen werden.
Von den ersten Bleistiftskizzen für das Projekt bis zu seiner baulichen Realisierung wäre er Massstab für ein kohärentes, energieeffizientes und ausge- wogenes Gebäudekonzept, das
lebenswerte Wohn- und Arbeitsbedingun- gen bis in die Tiefen bislang dunkler, künstlich konditionierter Zonen schafft.
Saint Jérôme dans sa cellule (Albrecht Dürer, 1514). Aujourd'hui, c'est plutôt l'inverse que l'on voudrait pour l'utili- sation de la lumière à chaque place de travail: des zones utilisables plus élar- gies dans un espace plus restreint ...
Heute sind die Wände dünn, die Fenster grosszügig und Tageslicht dringt auf breiter Front in den Raum (Büro des Architekten Richard Rogers in London)
souvent abandonnées à un flot de lumière artificielle.
Dipositifs d'accompagnement de lumière naturelle
C’est à ce prix que les heures du jour et de la nuit, les saisons, leurs couleurs, le chatoiement de leurs éclairages rétabli- ront une dimension de vécu irremplaçable dans l’usage quotidien des constructions en limitant plus précisément la fixité de l’éclairage artificiel aux seuls endroits stric- tement nécessaires, pour le meilleur équi- libre psychique de l’utilisateur. La dynami- que inclue dans notre condition d’êtres vivants exige cette mise en place de dispo- sitifs d’accompagnement de la lumière extérieure aussi étendus que possible vers le coeur des immeubles.
«Code génétique» des bâtiments?
Pour une mise en place réussie de ces notions dans une construction, il faut qu’elles soient intégrées dès les premiers coups de crayon définissant le projet, afin qu’elles y résident durablement, comme une sorte de «code génétique»- garantis- sant un résultat final cohérent et équili- bré.
Tageslichtnutzung anno dazumal («Hyeronimus im Gehäuse», Albrecht Dürer, Kupferstich 1514)
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Besser
wahrnehmen durch Tageslicht
Menschen brauchen Sonnenlicht In Innenräume bringt direktes Sonnenlicht Leben, Schattenspiele und Kontraste – auch durch die langsame Bewegung der Strahlen, welche Sinn für den Tagesablauf vermitteln. Auf direkte Sonnenein- strahlung ist nie völlig zu verzichten. Im Winter ermöglicht die Sonne eine will- kommene Erwärmung der Innenräume, welche die Transmissionswärmeverluste teilweise kompensiert. Oft aber hat direk- te Sonnenstrahlung mehr Nachteile als Vorteile: Überhitzung im Sommer, Blen- dung, zu grosse Kontraste. Darum ist das simultane Studium von Öffnung und Sonnenschutz wichtig.
Himmelslicht und Architektur Innenräume brauchen ein genügendes Quantum an diffusem Licht. Den Bewoh- nern und Benutzern eines Gebäudes zu ermöglichen, störungsfrei, regelmässig und unter Tageslichtbedingungen ihre Aktivitäten im Raume in den besten Konditionen auszuführen, ist – ungeach- tet gesetzlicher Vorschriften – eine mora- lische Pflicht für Architekten!
Auch bringt der gekonnte Umgang mit Tageslicht im architektonischen Werk eine besonders gelungene Atmosphäre mit sich: Licht ist eine der wichtigsten künst- lerischen Komponenten der Architektur und der Umgang mit Licht ist eine nie versiegende Inspirationsquelle.
Augen strukturieren Licht
Reflektiertes Licht, das durch das Material auch die beobachtende Person bestrahlt, wird als Leuchtdichte erfasst. Die Leucht- dichte vermittelt somit den Helligkeitsein- druck und ist Voraussetzung jedes Sehvor- ganges. Unreflektiertes Licht einer Licht- quelle ist für sich allein informationslos – ausser die Lichtquelle treffe die Netzhaut direkt. Das Gehirn erfasst die Invarianten in der Struktur des umgebenden Lichtes (z.B. Helligkeit, Farbe, Form).
Am Arbeitsplatz sollen günstige Randbedingungen für eine optimale Arbeitsleistung geschaffen werden. In dieser Absicht werden Möbel nach ergonomischen Erkenntnissen gestal- tet, ansprechende Akustik und Raumklima mit viel Aufwand bereit- gestellt. Individueller Komfort hat ein Ziel: Der Benutzer soll nicht durch Reize in seiner Konzentration gestört werden. Wie soll im Bereich der Beleuchtung dieser Maxime nachge- lebt werden? Mentale Belastungen durch falsche Beleuchtung lassen sich schlecht erfassen – und werden oft stillschweigend toleriert.
Dem Problem jedes visuellen Komforts vorgelagert ist die visuelle Wahr- nehmungsfähigkeit des Menschen.
Vom Auge werden photometrische Signale registriert, wenn ein von einer Quelle abgestrahlter Lichtstrom von einer Bezugsfläche reflektiert wird.
Reto P. Miloni Dipl. Architekt ETH SIA
Baden
Komfort Dunkle Farben - mehr Licht
Psychologisch gesehen ist eine bestimmte Beleuchtungsstärke austauschbar: Um den gleichen Helligkeitseindruck zu errei- chen, erfordert eine dunkle Reflexions- fläche im Vergleich zu einer helleren Fläche mehr Licht. Indem eine höhere Beleuchtungsstärke einen grösseren Lichtstrom und damit bei Kunstlicht eine höhere Lampenbestükkung mit entspre- chendem Stromverbrauch erfordert, zeigt sich hier ein Ansatz zur Energieeinspa- rung: dunkle Farben auf Böden, Wänden, Bezugsstoffen sind also «indirekte Energiefresser»!
Leuchtdichte und Sehschärfe Die Zunahme der Leuchtdichte verläuft nicht linear zur Zunahme der Sehschärfe:
Bei geringen Leuchtdichten steigt die Seh- schärfe progressiv an, während bei höhe- ren Intensitäten, z.B. Tageshelligkeiten, eine Zunahme der Sehschärfe in
Abhängigkeit von der Leuchtdichte kaum noch wahrnehmbar ist: Die Empfindlich- keit unserer Netzhaut ist bei geringen In- tensitäten sehr gross, während sie bei hohen Intensitäten kleiner wird. Um helle Arbeitsplätze zu erreichen, ist deshalb die Materialwahl wichtiger als die Beleuch- tungsstärke.
Der Mensch – ein «Augentier»
Um eine Szenenbeschreibung, wie sie von unserem visuellen System geliefert wird, zu erreichen, bedarf es interpretativer Vor- gänge. Wir glauben bei unserer Be- trachtung einer visuellen Szenerie, einer von unserem Gehirn als sinnvoll erfassten Assoziation. Dabei ist uns kaum bewusst, dass wir Farben, Abstände, Kanten, For- men und Abläufe ermitteln und diese zu mehrdimensionalen Eindrücken zusam- mensetzen, für welche wir auf modell- hafte Vorstellungen aus dem Gedächtnis zurückgreifen. Sehen als «hypothesenge- steuerter Prozess» läuft dabei unbewusst ab. Rund 80–90% unserer Informationen werden optisch aus der Umwelt wahrge- nommen.
9 Konstanz als Wahrnehmung
In einer ersten Wahrnehmungsebene wer- den bestimmte Komponenten der visu- ellen Verarbeitung gleichzeitig und auto- matisch für das gesamte Gesichtsfeld auf- genommen. In einer zweiten Ebene wird gerichtete Aufmerksamkeit benötigt, etwa als ob ein «geistiger Scheinwerfer»
Position für Position beleuchte: Gegen- stände zeigen sich trotz verschiedener Entfernung in wirklicher Grösse (Grössen- konstanz). Formen entsprechen der Wirk- lichkeit (Formkonstanz) und Farben wer- den trotz des veränderlichen Spektrums des Tageslichtes «farbecht» wahrgenom- men. Betrachtet man beispielsweise am Arbeitsplatz einen Bildschirm, so richtet sich unser geistiger «Scheinwerfer der Aufmerksamkeit» auf diesen. Er bekommt als Gegenstand seine Identität: sein Bild- inhalt wird identifiziert und damit be- wusst. Dieser Vorgang wird individuell verstärkt durch das Mass der Wiederer- kennung, die bei jedem Menschen unter- schiedlich gespeichert ist.
Störungen sind Verluste
Die Verarbeitungskapazität, welche für die Wahrnehmungsleistung notwendig wird, ist begrenzt. Entstehen durch «labile Wahrnehmungsabläufe» wie Blendung oder im Aufmerksamkeitsbereich gegen- läufige Leuchtdichte- oder Materialzu- ordnungen, dann wird mehr «Rechen- kapazität des Hirns» notwendig. Reicht die Wahrnehmungsleistung nicht aus, so vermindert sich die Aufmerksamkeit: die Entscheidungsfähigkeit und damit die Bewusstseinsbildung schwindet.
Die Wahrnehmungskapazität wird vom Aufmerksamkeitsschwergewicht weg zugunsten dieser «Fehlreize» verlagert.
Beim Ueberschreiten der freien Gehirn- kapazität weist dieser Informationsvor- gang verlorene Informationen auf: der mental belastete Mensch ermüdet, fühlt sich unwohl oder schaltet geistig ab.
Durch die Wahl heller statt dunkel- blauer Polsterstoffe (Reflexionsfaktor:
0,8 statt 0,2) in dieser Halle könnte die Beleuchtungsstärke um das dreifa- che herabgesetzt werden (von E= 750 lx auf 200 lx). Die Wahrnehmung wäre dieselbe (L=50 cd/m2). Der Betreiber könnte 2/3Strom sparen (Flughafen München II)
Quellenhinweise:
1) «Tageslicht im Büro», Christian Bartenbach,
Deutsche Bauzeitung (db) 10/1988 2) «Der Einfluss des Lichtes auf den arbei-
tenden Menschen»,
Deutsches Lichtinstitut, VWEW, Frankfurt, 1970
Utiliser les mécanismes de perception visuelle afin d’économiser l’énergie
●Les mécanismes de perception visuelle (adaptation, accommodation) sont extrê- mement dynamiques: l’oeil s’adapte à une quantité quasi infinie de situations d’éclai- rage. Une tâche visuelle peut être assurée (écriture, lecture, etc.) même sous un éclairement modéré, pour autant qu'un équilibre des luminances soit assuré.
La nature et la structure de certains matériaux (peinture matte, mobilier satiné etc.) permettent d’atteindre cet équilibre des luminances; la perception de l’espace s’en trouve généralement aussi améliorée.
Atténuation des reflets gênants grâce au choix de matériaux appropriés
●La capacité de perception visuelle est altérée en cas d’éblouissements gênants, induit par une luminance trop élevée (réflexion des rayons solaires par ex.). Lors de l’avant-projet du bâtiment, il est donc important de tenir compte d’éventuelles situations d’éblouissement. Les réflexions gênantes, directes ou indirectes, peuvent être atténuées si un soin particulier est porté au choix des matériaux et des cou- leurs utilisés; ce choix influence, par ailleurs, la pénétration de la lumière natu- relle, et par là, la consommation d’électri- cité des locaux.
Economies d’énergie grâce à la hierar- chisation de l’espace
●L’éclairage d’une pièce doit être différencié selon son utilisation: des zones de circulation seront moins éclairées que les places de travail, occupées en perma- nence. Etant donné que les places de tra- vail effectives ne correspondent, dans le cas d’un bâtiment administratif, qu’à 1/6 de la surface de plancher totale, les possi- bilités d’économie d’énergie, qui peuvent être réalisées grâce à cette différenciation, sont substantielles.
Economies d’énergie grâce à un choix approprié des facteurs de réflexion des parois
●L’utilisation de lumière artificielle en- traîne toujours une dissipation de chaleur inutile dans les locaux: celle-ci influence négativement le confort thermique des usagers et a pour conséquence de solli- citer de façon excessive les installations techniques du bâtiment (rafraîchissement, production de froid). En utilisant des matériaux à haut pouvoir de réflexion, on accroît généralement les niveaux d’éclaire- ment naturel et artificiel. La lumière réfléchie par les matériaux influence aussi les mécanismes de perception visuelle. Les propriétés photométriques des matériaux constitutifs des parois doivent donc être prises en compte: les facteurs de reflexion des planchers, des parois et des plafonds doivent atteindre 30%, 50% et 70%.
Economies d’énergie grâce au choix approprié de la teinte de la lumière
●La perception subjective de la lumino- sité dépend de la longueur d’onde de la lumière observée: l’oeil humain perçoit mieux la couleur jaune (555 nanomètres de longueur d’onde). Une couleur de lumière, à dominante jaune, permet de réduire le niveau d’éclairement grâce à cette caractéristique particulière de la per- ception lumineuse: une diminution de la consommation d’énergie en résulte.
L'utilisation de cette propriété n'est toute- fois possible, en pratique, que dans des grandes halles (sources au sodium).
La consommation d‘électricité du hall de l‘aéroport (Münich II - Franz Joseph Strauss) a été réduite de 30%, grâce à un choix de couleurs claires (facteur de réflexion de 0.8, au lieu de 0.2).
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Adaptation als Teil der Seh- Leistung
Die Leuchtdichte der natürlichen Umwelt variiert zwischen 1/10'000 cd/m2bei bewölktem Nachthimmel bis 10'000'000 cd/m2bei hellem Sonnenschein. Das vi- suelle System des Menschen passt sich der Variationsbreite der natürlichen Umwelt- leuchtdichte an.
Die Adaptation erfolgt bei schnellen Blick- wechseln durch Pupillenänderungen.
Akkommodation – Scharfstellung im Auge – erfolgt durch Änderung der Linsenkrümmung.
Blendung – psychologische oder physiologische
verursacht unangenehme Gefühle und führt zu psychischen Störungen und Lei- stungsminderung. Betroffene nehmen Blendung meist nicht bewusst wahr.
Psychologische Blendung tritt immer vor der physiologischen Blendung auf. Die physiologische Blendung setzt die Seh- funktion herab. Kontrastblendungen auf- grund von Leuchtdichteunterschieden zwischen hellem Fenster und Bildschirm können in der Grössenordnung von 1:1000 liegen. Ältere, auf Blendung emp- findlich reagierende Leute werden bei Bildschirmarbeit eher gestört.
Chromatische Eigenschaft menschlicher Augenoptik
Farbsehstörungen sind häufig und werden vererbt (Männer 6 bis 10%, Frauen 0,4%). Licht grüngelber Wellenlänge wird scharf auf die Netzhaut abgebildet. Für rot ist das Auge übersichtig und für blau kurzsichtig.
Die richtige Lichtfarbe für den Arbeitsplatz liegt im Bereich warmweisser Lichtfarben.
Blendschutzvorrichtungen sollten Tages- lichtfarben nicht verändern.
Dauerbelastung ermüdet und beeinträchtigt
Die Funktionstüchtigkeit des optischen Systems wirkt sich durch Dauerbelastung
ABC der
Ergonomie am Bildschirm- Arbeitsplatz
Sehbeschwerden und Augenbrennen sind häufige Gesundheitsstörungen.
Diese treten durch falsche Beleuchtung bei der Bildschirmtätig- keit auf, da diese Arbeit bereits vorhandene Sehprobleme an den Tag bringt. Verstärkt werden die Nachteile künstlicher Beleuchtung durch konzeptionelle Mängel der Gebäude- planung oder der Beleuchtungs- technik. Künstliche Beleuchtung kann nie ein vollwertiger Ersatz für Tageslicht sein.
Aus energetischen wie ergonomischen Gründen wird darum empfohlen, Arbeitsplätze und Arbeitsräume nach dem Tageslicht auszurichten.
Beat Kunz Dipl. Ing. Ergonome Agero AG Schlattingen Prof. Paule Rey Unité de Médecine du Travail et d'Ergonomie Université de Genève Genève
Komfort auf das zentrale und vegetative Nervensy-
stem negativ aus. Besonders wichtig sind Art und Intensität der Beleuchtung, sowie Farb- und Helligkeitskontraste. Bei Über- schreiten der maximalen Leuchtdichte- unterschiede nimmt die Sehschärfe ab und das Blendungsempfinden zu.
Vorzeitige Ermüdung wird vermindert, wenn Leuchtdichteunterschiede zwischen Arbeitsfeld und Umfeld von mehr als 10 : 1 vermieden werden.
Ergonomie (griechisch Ergo = Werk; nomia = Lehre)
Die Ergonomie befasst sich mit dem arbei- tenden Menschen. Sie vereinigt Technik, Physiologie und Psychologie und zielt auf eine optimale Anpassung des Arbeits- platzes, dessen Umgebung, der Arbeits- mittel sowie Abläufe an die Natur des Menschen. Ergonomie fördert Effizienz, Qualität und Produktivität und minimiert Ausfälle durch Krankheit und Unwohlsein.
Fenster als Raumöffnungen sind Bezugssystem
Es ist wünschbar und sinnvoll, die visuelle Bezugssituation nach aussen zu erhalten.
Forschungsarbeiten belegen, dass etwa 20% der genutzten Bodenfläche als Ausblicksöffnung genügen - auch um dem menschlichen «Fluchtbedürfnis» ge- recht zu werden.
Günstige Blickwinkel in den Bildschirm
Bildschirme sind heute oft mit Gelenken ausgerüstet. Diese sollten nicht dazu benutzt werden, um störende Reflexe und Schatten zu beseitigen, da mit verän- derten Beobachtungswinkeln Ablesefehler zunehmen und zu frühzeitiger Ermüdung oder Verkrampfung führen.
Hitzeschutz durch Sonnenschutz
Der beste Hitzeschutz ist ein vor dem Fenster angeordneter Sonnenschutz, welcher die Sonnenstrahlung zurück-
A
B
C
D
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F
G
H
11 Beschränkte Leuchtdichtekontraste im
Gesichtsfeld erleichtern die visuelle Wahrnehmung. Im Infeldbereich ist der maximale Leuchtdichtekontrast 3 zu 1; im Umfeldbereich 10 zu 1.
10:1 maximal
10:1 maximal
3:1 maximal
reflektiert. Auch am Fenster montierte spezielle Schutzrollos können als Filter vor Ueberhitzung schützen und im Raum Bild- schirmstörungen reduzieren.
Ideal angeordnete Bildschirm- Arbeitsplätze
Eine ideale Bildschirmaufstellung kann Reflexbildung verhindern (z.B. bei recht- winklig zur Fensterebene positionierten Bildschirmflächen).
Dies ist dort nicht realisierbar, wo lange Fensterfronten, Fenster auf mehr als einer Seite des Raumes oder eine funktionsbe- dingte Ausrichtung des Bildschirmes not- wendig ist.
Selbst bei senkrecht zur Fensterfront plazierten Bildschirmen ist über eine län- gere Tagesperiode mit Reflexblendungen zu rechnen. Bei völlig entblendeten Fenstern ist die Bildschirmaufstellung frei wählbar.
Jalousien verursachen streifenartige Reflexbilder Die Leuchtdichte der raumseitigen Ober- fläche von Lamellen ist selbst bei geschlossenen Lamellen für die Bild- schirmarbeit zu hoch (6)!
Fest montierte textile Beschattungen oder innenliegende Vertikallamellen sind aus blendschutztechnischer Sicht ungeeignet.
Die unerwünscht starke Reduzierung des Tageslichts in der Raumtiefe durch Jalousien erfordert oft die Zuschaltung von Kunstlicht.
Kneifen der Augen bei Absolutblendung
Kneifen der Augenlider als natürlicher Schutzreflex gegen zu hohe Leuchtdich- ten (Absolutblendung) schränkt das Sehen ein. Kneifen ist unangenehm und setzt die Sehfunktion herab. Neben der Sonne blenden auch der bedeckte Himmel und nicht entblendete Fenster sowie künstlichen Lichtquellen.
Licht als hochwertige Energie
Das Verhältnis von Lichtmenge zu anfal- lender Abwärme ist bei Tageslicht am besten. Künstlich beleuchtete Räume hezen sich auf und steigern zusammen mit der Abwärme elektronischer Apparate die Raumüberhitzung.
Leuchtdichten (Flächenhellig- keiten) grösserer Flächen Im Gesichtsfeld sollten die Flächenhellig- keiten möglichst von gleicher Grössenord- nung sein. Als Regel gilt: In den mittleren Partien des Gesichtsfeldes (Mittelfeld) sollte der Kontrast der Flächenhelligkeiten ein Verhältnis von 3:1 nicht überschreiten.
Eine gleichmässige Leuchtdichteverteilung im Gesichtsfeld bzw. geringfügig dunkle- rer Peripherie gegenüber dem zentralen Gesichtsfeld ergibt die beste Sehschärfe.
Die Belastung bei gemischter Büro- tätigkeit (Lesen einer Vorlage und Eingabe am Bildschirm) ist unterschiedlich, da die Maxima der relativen Sehleistung für die beiden Sehaufgaben auf verschiedenen horizontalen Beleuchtungswerten liegen:
Mit zunehmender Beleuchtungsstärke nimmt der Zeichenkontrast ab, da sich die Hintergrundleuchtdichte des Bildschirmes erhöht.
Muskelarbeit des Auges bei intensiver Arbeit
Bis zu 30’000 Blickwechsel pro Tag an Datensichtgeräten können das Auge stark ermüden.
Natürliches Tageslicht – positiv für die Gesundheit
Tageslicht ist in seiner Qualität nicht durch Kunstlicht ersetzbar, spart Energie und fördert das Wohlbefinden.
Optimale Beleuchtungsstärke für Bürotätigkeit
Gemäss dem subjektiven Urteil einer re- präsentativen Gruppe liegt die optimale Beleuchtungsstärke im Bereich von
300 Lux. In Fensternähe herrschen fast immer zu hohe und in der Raumtiefe zu tiefe Beleuchtungsstärken vor.
Wird der Sonnenschutz geschlossen, so liegen die Beleuchtungswerte in der Raumtiefe durchwegs zu tief, so dass das Kunstlicht zugeschaltet werden muss.
Andererseits ist eine zu hohe Tageslicht- menge insbesondere an Bildschirmarbeits- plätzen zu kontrollieren.
Pausen als arbeitsmedizinisches Prinzip
Pausen sind während der Arbeit zu emp- fehlen. Zur Pause gehört auch der Kontakt mit der Aussenwelt. Dazu ist freie Sicht nach draussen unabdingbare Voraussetzung.
Die meisten Sonnenschutz-Systeme – so auch Paravents – verhindern den visuellen Kontakt zur Umwelt. Der Blick in die Ferne sollte zur Entspannung der Augen stets beibehalten werden können.
Qualitativ und quantitativ richtig verteiltes Licht
Für die Arbeit mit einem visuellen Medium wie dem Bildschirm ist richtig verteiltes Licht entscheidend. Schlechte Beleuch- tung beansprucht den Akkommodations- apparat unnötig und kann zu Verände- rungen der Sehschärfe führen (asthe- nopische Beschwerden, Wechselwir- kungen mit dem Zentralnervensystem etc.).
Reflexe als hauptsächlichste Blendungsquellen
Kontrastverluste durch Reflexe auf Bild- schirmen wirken störend, da sie sowohl die Leuchtdichte des Zeichens, wie auch des Hintergrundes auf dem Bildschirm überlagern. Reflexe werden am besten durch Abschirmen der Fenster mit Rollos und Jalousien sowie durch geeignete Leuchtenwahl vermieden.
I
J
K
L
L
M
N
O
Des contrastes modérés dans le champ de travail (maximum: 1 à 3) et dans le champ visuel en général (maximum: 1 à 10), sont synonymes d‘un bon confort visuel.
P
Q
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– DIN 66234 «Bildschirmarbeitsplätze»
(Ergonomische Gestaltung des Arbeits- raumes Beleuchtung und Anordnung), Teil 7, 1984;
– SUVA-Merkblatt 11037: «Die Arbeit am Bildschirm»
– SLG-Wegleitung für die Beleuchtung von Bildschirmarbeitsplätzen
Wahrnehmung durch Kontrasterkennung Der Unterschied der Leuchtdichten benachbarter Objekte bestimmt deren physikalischen Kontrast. Mit Hilfe farbiger Kontraste werden Gegenstände vonein- ander besser unterschieden.
Ziliarmuskeln des Auges im Ruhezustand
Der optische Sehapparat ist im Ruhezu- stand auf eine Entfernung von etwa 2 Metern eingestellt. Bei der Kontraktion des Ziliarmuskels nimmt die Krümmung der elastischen Linse und damit die Brech- kraft zu (Sehentfernung wird kleiner). Der Akkommodationsbereich wird durch den Nah- und Fernpunkt begrenzt und ist vom Alter und der Beleuchtungsstärke abhän- gig. Im Alter ab 50 Jahren rückt der Nahpunkt vom Auge ab – der Akkommo- dationsbereich wird kleiner. Die Fern- punktlage ändert sich nicht. Arbeiten bei beschränkter Umwelthelligkeit wird er- müdend, weil sich bei sinkender Beleuch- tungsstärke und sich öffnender Pupille Nah- und Fernpunkt nähern und die Sehschärfe sinkt – insbesondere wenn im Nahbereich häufig umakkommodiert wer- den muss. Älteren Personen wird deshalb das Sehen durch höhere Beleuchtungs- stärken erleichtert.
Sehschärfe als Fähigkeit, Kon- turen getrennt wahrzunehmen Durch Scharfeinstellung auf der Netzhaut (Linsenverformung) wird die Fähigkeit er- reicht, Konturen wahrzunehmen. Die Be- leuchtungsstärke auf der Netzhaut hängt von der Pupillenöffnung ab, die von der Iris eingestellt wird.
Der Pupillendurchmesser liegt zwischen 2 und 8 mm. Er wird im Alter kleiner. Die Pupillenöffnung passt sich der Helligkeit des Gesichtsfelds an: Mit zunehmender Leuchtdichte nimmt sie ab und verbessert die Tiefenschärfe. Pupillenreaktionen erfolgen langsam und laufen oft weiter, wenn der Anreiz dazu bereits aufgehört hat. Die Sehleistung wird durch erhöhte Leuchtdichtekontraste im Gesichtsfeld heraufgesetzt, was besonders für ältere Personen mit eingeschränkter Akkommo- dation hilfreich ist.
Spiegelungen und störender Glanz
Diese Störungen können z.B. durch Tages- lichtfilter oder Innenvorhänge reduziert werden. Dadurch wird die Leuchtdichte des einfallenden Lichtes herabgesetzt, die Kontraste zwischen Gesichtsfeld und Umfeld gemindert. Der spiegelnde Glanz wird reduziert.
Schwarzweiss-Sehen - und Farbsehen
Die Netzhautgrube des menschlichen Auges enthält ausschliesslich Zapfen, die für das farbempfindlichere Tagessehen verantwortlich sind. Mit den Stäbchen wird bei wenig Licht – selbst bei Dämme- rung und in der Nacht – ohne Farbunter- scheidung gesehen. Der randständige Augenbereich enthält fast ausschliesslich Stäbchen. Die spektralen Hellempfindlich- keitsgrade des menschlichen Auges hän- gen von der Wellenlänge, vom Helligkeits- niveau (Adaptationsleuchtdichte) und der Gesichtsfeldgrösse ab.
Während bei der künstlichen Beleuchtung Bildschirmarbeitsplatz- leuchten längst zum Standard gewor- den sind, gehören Spiegelungen und Blendungen durch unzureichend ent- blendete Fenster nach wie vor zu den häufigsten Störungen an Bildschirmarbeitsplätzen. Zur Blendungsbegrenzung müssen Storen geschlossen werden – und danach wird das Kunstlicht angezündet.
Komfort Trockene Augen – ungenügender
Tränenfilm
Exzessive Bildschirmarbeit führt zu Be- schwerden, die daheim oder an frischer Luft unterbleiben: Bei anstrengender Bildschirmarbeit nimmt die Lidschlag- frequenz ab und der schützende Tränenfilm trocknet aus. Ueber 40% von Bildschirmarbeitern weisen einen defekten Tränenfilm auf.
Virtuelle Bilder und störende Reflexe durch Beleuchtung Reflexe auf konvexen Oberflächen von Bildschirmen führen zu verminderter Seh- leistung und Ablesefehlern. Oberflächen- reflexionen, die überwiegend auf ge- richteter Reflexion basieren, werden als
«Glanz» bezeichnet. Glanz vermindert Helligkeitskontraste zwischen den Zeichen und ihrem Hintergrund. Zusätzlich überla- gern reflektierte Bilder die Wiedergabe.
Das reflektierte – virtuelle – Bild erscheint weiter entfernt als die Zeichen auf dem Bildschirm. Es übt auf das Auge einen Akkommodations- und Fusionsreiz aus:
Unwillkürlich stellt sich das Auge auf die Entfernung des virtuellen Bildes ein. Die Augenachsen richten sich so, dass ein Doppelbild vermieden wird. Die eigent- liche Sehaufgabe wird dadurch unscharf oder doppelt gesehen. Die Sehleistung wird herabgesetzt während der «Akkom- modations- und Fusionswettstreit» als unangenehm empfunden wird. Bild- schirmgerechte Beleuchtung und blen- dungsbegrenzte Fenster reduzieren derar- tige Reflexe.
Vorschriften, Normen, Richtlinien
– Arbeitsstätten-Richtlinien (ASR 6/1)
«Raumtemperaturen», 1976, ASR 7/1
«Sichtverbindung nach aussen», 1976, ASR 7/3, «Künstliche Beleuchtung», 1979
– DIN 5034 «Innenraumbeleuchtung mit Tageslicht», 1969
Des fenêtres, dépourvues de stores intérieurs mobiles, peuvent induire des éblouissement importants.
S
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S
V
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13 An einem tageslichttechnisch
optimierten Bildschirmarbeitsplatz wird der untere Fensterbereich bei bedecktem, hellem Himmel beschat- tet – mit Pflanzen (oben) oder Rollo (unten). Die Aussicht wird erhalten.
Durch unbeschattete Zonen gelangt Tageslicht in den Raum – z.B. in Oberlichtpartien. Die Leucht-
dichtekontraste zwischen entblende- ter Fensterfläche und Bildschirm wer- den kleiner als 1 zu 3 gehalten (unten (160 cd/m2 bzw. 55 cd/m2). Ziel:
Helligkeit im Sehbereich innerhalb der DIN-Norm 66234 (<400 cd/m2).
●En ergonomie, le confort visuel dépend
– de la tâche et du niveau de performan- ce requis
– de l’environnement lumineux
– des aptitudes visuelles des opérateurs, qui se modifient avec l’âge et la présence de défauts visuels
● Mesure de l’astreinte visuelle – par la finesse des détails à percevoir – le contraste objet-fond
– l’usage d’aides optiques – la cadence de travail, – la durée globale du travail
● Conditions lumineuses favorables à la performance visuelle
– un niveau d’éclairement suffisant – bon contraste objet-fond élevé – renforcement des couleurs
– répartition homogène de la lumière – absence de reflets
– absence de papillotement
2'200 cd/m2
160 cd/m2
55 cd/m2
Quellenhinweise:
1) «Eine Untersuchung zum Stand der Beleuchtungstechnik in deutschen Büros 1990»; Ergonomisches Institut für Arbeits- und Sozialforschung: Licht und Gesundheit
2) «Augenbelastung am Bildschirm»
Tagungsband «Tag des Auges»;
Huber-Spitzy, V.; Salzburg 1991 3) «Wegleitung für die Beleuchtung von
Bildschirmarbeitsplätzen»; Schweizeri- sche Lichttechnische Gesellschaft;
Dok.No. 450/84; Zürich 1984 4) «Im rechten Licht»; Prahl, P.; Stol-
zenberg, K.; Maschinenmarkt 2/1986) 5) «Farben am Arbeitsplatz»; Arbeits-
ärztlicher Dienst des BIGA; Arbeits- medizinische Informationen Nr.32/1989
6) «Wegleitung: Tageslichtbeleuchtung von Bildschirmarbeitsplätzen», Agero AG, Schlattingen
160 cd/m2
55 cd/m2
Certains stores intérieurs, de transpa- rence réduite, permettent d‘atténuer la luminance d‘un ciel couvert, relati- vement lumineux, jusqu‘à rendre celle-ci acceptable même en cas de travail à l‘écran. Cette protection n‘est toutefois pas suffisante en pré- sence du soleil.
● La lumière du jour procure un ren- dement optimal de l’œil
– par son abondance
– sa continuité spectrale, large bande passante et son absence de vibration – sa grande dimension des sources
●Pour l’architecte, la réalisation du confort visuel des personnes au travail suppose
– l’utilisation de la lumière naturelle – le contrôle des luminances
– le choix des matériaux et revêtements en fonction de leur couleur et de leur pouvoir de réflexion
– la prise en compte de l’orientation du bâtiment et de son environnement
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Thermischer Komfort hinter Glas
Der Mensch hält sich noch etwa 10%
seiner Zeit an frischer Luft in freier Natur auf. Der Wunsch, zuhause oder am Arbeitsplatz Verbindung zur Natur zu halten, der Drang nach möglichst uneingeschränktem Tageslicht, nach Kontakt mit Pflanzen, Sonnenstrahlen und blauem Himmel ist verständlich.
Grossflächig verglaste Häuser gehören darum ins Bild heutiger Architektur.
Wie aber ist thermischer Komfort hin- ter Glas überhaupt möglich? Kann Behaglichkeit im «Glashaus» je geschaffen werden? Wie steht es um den Hitze-, Blend- und Wärmeschutz hinter transparenten Fassaden? Was empfindet unser Körper als ange- nehm? Wann fühlen wir uns behaglich?
Reto P. Miloni Dipl. Architekt ETH/SIA Baden
Komfort Optimaler Raumklimakomfort trägt viel
zum Wohlbefinden und zur Gesundheit des Menschen bei, da ein ausgewogenes Strahlungsgleichgewicht zwischen Körper und Umgebung eine Voraussetzung für die Gesundheit jedes Organismus ist.
Glasbauten, die in gewissen Sinne Ersatz für «die Natur» liefern, in der sich der Mensch wohl fühlen sollte, gewährleisten dieses Gleichgewicht nicht a piori.
Wärmeaustausch mit der Umgebung Bei jeder Form von Arbeit wird bloss etwa ein Drittel der mit der Nahrung aufge- nommenen Energie vom Körper in Bewe- gung umgesetzt – das meiste wird als Überschusswärme abgegeben. Bei der Verbrennung gibt jede einzelne Körper- zelle Wärme ab, die durch Strahlung, Konvektion und/oder Verdunstung vom Körper an die Umgebung abgeführt wird.
Dieser Wärmemetabolismus läuft bei jedem Menschen unterschiedlich ab. Jeder Gegenstand – und so auch die menschli- che Hautoberfläche – strahlt abhängig von der Temperatur Wärme ab. Umge- kehrt strahlt die Umgebung auch auf den Körper ein. Im Rahmen dieses Energie- austausches – welcher praktisch unab- hängig von der Umgebungstemperatur der Luft erfolgt – kann beispielsweise trotz warmer Umgebungstemperatur Strahlungswärme an kalte Wände abge- geben werden. Im umgekehrten Fall wird trotz kalter Umgebungsluft Infrarot- strahlung (z.B. Sonne) aufgenommen.
Falls die Umgebungsluft kälter ist als die Hautoberfläche, wird durch Konvektion Wärme abgeführt, wobei dieser Übergang sich verstärkt, sobald die Luft sich bewegt, d.h. die Wärme weggeführt wird.
Wärme-Regulativ «Schwitzen»
Kann der Mensch nicht genug Wärme durch Strahlung oder Konvektion abführen, muss er schwitzen! Steigt die Temperatur der Umgebungsluft über 36°
an, und ist die Einstrahlung höher als die Abstrahlung, wird Wärme aufgenommen, die zusätzlich abzuführen ist. Solange die
Umgebungsluft trocken ist, steht einer Wärmeabgabe durch Verdunstung (Schwitzen) nichts entgegen. Problema- tisch werden für den menschlichen Wärmehaushalt erst «tropische» Verhält- nisse (hohe Luftfeuchtigkeit: Treibhaus- klima!). Temperaturen von über 30 °C bei Tropenfeuchtigkeit sind längerfristig selbst bei körperlicher Ruhe bedenklich.
Derartige Zustände sind in verglasten Bürobauten mit hohen internen Wärme- lasten und ungünstigem Sonnenschutz- dispositiv im Sommer keine Seltenheit.
Mögliche Folge: Bluthochdruck!
Durch entsprechende Regulationsme- chanismen kann unsere Körpertemperatur konstant gehalten werden (durch Erwei- terung oder Verengung der Blutgefässe oder Schwitzen). Dies stabilisiert die Körpertemperatur wirkungsvoll. Wenn jedoch der Wärmeregulationsmechanis- mus dauernd beansprucht wird, verhärtet sich die Gefässmuskulatur und die Durch- blutung wird beeinträchtigt. Mögliche Folge ist: Blutdruckerhöhung!
Ideales «Ambiente» ermöglichen Bei hoher Strahlungstemperatur der Umgebung und niedriger Lufttemperatur liegen für den Menschen ideale klimati- sche Verhältnisse vor: Man stelle sich z.B.
einen kühlen, sonnendurchfluteten Laub- wald vor – ein klimatisch traumhafter Ort für den Körper, welcher sich konvektiv an der Luft abkühlen kann. Die Durchblutung der Haut, der Gewebe und der Muskeln wird erhöht, die Gefässmuskulatur ent- spannt. Diese ideale klimatische Exposi- tion wäre – bei entsprechender Aus- legung – auch hinter Glasfassaden in bepflanzten Innenräumen, verglasten Atrien oder Wintergärten denkbar.
Aufgepasst bei «Wärmefallen»
Wenn Sonnenenergie als elektromagne- tische Strahlung zur Erde gelangt, dringt sie – mehr oder weniger ungehindert – durch Verglasungen ins Gebäude ein.
Dabei wird sie noch nicht direkt wärme-
15 Komfort beim britischen Pavillon in
Sevilla durch klimamoderierende Mittel: PV-bestückte Sonnensegel beschatten das Dach, wassergefüllte Schiffscontainer schaffen Trägheit, eine vollverglaste Fassade wird durch einen Wasservorhang adiabatisch gekühlt (Architekt: Nicholas Grimshaw, London)
Quellenhinweise:
1) «Intelligente Fassaden für umwelt- gerechtes Bauen»; Andrea Compagno in Fassade - Façade, SZFF, Dietikon Nr.
1/1994
2) «Thermoregulation des Menschen - warum Schweissperlen allein nicht kühlen»; Helmut Krueger; NZZ Nr.
145/1991
wirksam. Selbst «Sonnenschutzgläser»
lassen noch viel Wärmestrahlung durch.
Erst im Innenraum wandelt sich die einge- drungene Strahlung in Wärme um und wird nur teilweise wieder gegen aussen abgestrahlt. Diese «Wärmefalle» droht, da diese Sekundärstrahlung in für Glas nicht mehr durchlässigen Wellenlängen- bereichen erfolgt.
Rezept: Sonnenschutz, Speichermasse und Nachtauskühlung
Dem Wärmegewinn moderner Glasbau- ten kann durch Sonnenschutz (Protek- tion), Lüftung (Konvektion), Wärme- leitung (Transmission) oder Wärmedäm- mung (Isolation) in bestimmten Grenzen begegnet werden.
Wichtigste Massnahme ist ein aussenlie- gender Sonnenschutz. Fest montierte oder nicht verstellbare Sonnenschutzvor- kehrungen sind selten empfehlenswert.
Bei heute bereits gut gedämmter Aussen- hülle ist die Wärmedämmung nicht mehr allzu wichtig. Hingegen ist genügend Speichermasse zu schaffen, um den Tem- peraturanstieg zeitlich und amplituden- mässig zu dämpfen: man vergleiche dies- bezüglich die Trägheit eines gläsernen Skelettbaus mit einer massiven Basilika!
Letztlich sind natürliche Lüftungsöffnun- gen grosszügig anzuordnen. Dabei sollte Nachtauskühlung – am besten bei tiefen Aussentemperaturen – möglich sein. Luft- ein- und -auslässe sollten an schattigen und kühlen Stellen und – zur Erhöhung der Temperaturgradienten – möglichst weit auseinander liegen.
● Corps humain et environnement L’exécution de travaux mécaniques est possible pour le corps humain, grâce à l’énergie fournie par l’alimentation.
Seul un tiers de cette énergie est, toute- fois, utilisée pour cela; la plus grande par- tie est dissipée en chaleur, permettant au corps humain de maintenir une tempéra- ture pratiquement constante de 37.5 °C.
En «brûlant des calories», chaque cellule fournit une certaine quantité de chaleur , qui sera finalement dissipée à la surface du corps par rayonnement, convection et/ou évapo-transpiration. Le corps hu- main émet, comme tout corps physique, un rayonnement infrarouge, qui dépend fortement de sa température; celui-ci lui permet d’échanger de la chaleur avec son environnement (parois d’un local, vitrages, etc.), indépendamment de la température de l’air ambiant.
L’environnement émettant lui aussi de la chaleur par infrarouge, cet échange con- duit à une perte de chaleur pour l’être humain, si la température de l’environne- ment est inférieure à celle de la peau (vitrages en hiver, p. ex.) et à un gain, dans le cas contraire (toile de store chauf- fée par le soleil, p. ex.).
● Transpiration: effet de régulation Lorsque l’échange par rayonnement et par convection (courants d’air par ouver- ture de fenêtres) ne suffisent plus à dissi- per la chaleur excessive, les mécanismes d’évapo-transpiration entrent en jeu (dès 28–30 °C en général). Ces derniers permettent au corps de dissiper efficace- ment de la chaleur excessive, en utilisant celle-ci pour évaporer de la sueur.
La présence d’une humidité relative élevée (climat tropical p. ex.) diminue l’efficacité de cet échange et accroît encore la sensa- tion d’inconfort provoquée par la
température ambiante. On rencontre, plus fréquemment que l’on croit, cette situati- on sous nos latitudes dans des bâtiments vitrés, démunis de protections solaires efficaces (bâtiments administratifs) ou en présence de sources de chaleur interne
trop importantes (par exemple dans les surfaces de vente).
● Vitrages et «effet de serre»
Les vitrages ont pour principal avantage d’être transparents au rayonnement solai- re; la lumière et le rayonnement infrarou- ge proche qui composent celui-ci traver- sent ce dernier pratiquement sans être atténués.
Ce rayonnement est absorbé à l’intérieur du local (sol et parois), pour être réémis sous forme de rayonnement infrarouge, par le même mécanisme décrit précédem- ment (échange par rayonnement). Le verre absorbe presque totalement ce type de rayonnement infrarouge (infrarouge moyen): l’énergie solaire est ainsi
«piégée» à l’intérieur des locaux. C’est ce que l’on appelle «l’effet de serre».
● Recette : protection solaire, inertie thermique et ventilation nocturne L’utilisation de protections solaires pour contrôler la pénétration du rayonnement solaire (principalement en été) est indis- pensable, en particulier si le bâtiment est abondemment vitré. Mise à part une iso- lation thermique suffisante de l’enveloppe (SIA 180/1 et 380/1), il est indispensable de donner au bâtiment une inertie thermi- que suffisante. On pourrait distinguer le cas de la toiture (isolation et masse) pour obtenir une atténuation et un déphasage suffisant et façades/murs pour obtenir une atténuation des fluctuations de température. En générale une construc- tion massive (plots de ciment, dalle, etc.) est préférable à une construction légère:
les variations de température, en cas de fort rayonnement solaire, s’en trouvent atténuées.
L’utilisation de la ventilation nocturne pour rafraîchir le bâtiment en période esti- vale est recommandée. Elle permet de tirer profit de la fraîcheur de la nuit et d’abaisser la température matinale de l’air du bâtiment, en prévision des apports solaires de la journée.
Certains stores intérieurs, de transpa- rence réduite, permettent d‘atténuer la luminance d‘un ciel couvert, relati- vement lumineux, jusqu‘à rendre celle-ci acceptable même en cas de travail à l‘écran. Cette protection n‘est toutefois pas suffisante en présence du soleil.
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Als Gegenbild des Klimas, welches man üblicherweise hinter sonnenbe- schienenen Glasfassaden vorfindet, mag das Beispiel eines lichtdurch- fluteten Waldes dienen. Dieser würde klimatisch ein ideales Ambiente für den Menschen bieten: hier herrschen moderate Strahlungstemperaturen bei niedriger Lufttemperatur vor.
Angenehm wird das Klima im Wald empfunden, da sich der Körper kon- vektiv gegenüber der Luft abkühlen kann. Die Strahlungsexposition ist reduziert. Die Durchblutung der Haut, der Gewebe und der Muskeln wird erhöht, die Gefässmuskulatur
entspannt. Wie durch einen leistungs- fähigen Sonnenschutz dringen durch das Blätterdach bloss rund 15% des Sonnenlichtes bis zum Boden und werden nach allen Seiten reflektiert.
Das Auge stellt sich durch Adaption schnell auf reduzierte Leuchtdichten ein.
Komfort
A l'opposé du climat que l'on rencont- re d'habitude derrière nos façades vitrées et inondées de soleil, on peut évoquer l'image d'une forêt à la lumière tamisée. Au plan climatique celle-ci représente un milieu presque idéal pour l'homme: ce sont des températures de rayonnement modérées avec température de l'air basse. Le climat dans la forêt est res- senti comme agréable parce que le corps peut se rafraichir de façon con- vective par rapport à I'air.
L'exposition au rayonnement infrarouge est réduite. Comme si elle était filtrée par une protection solaire efficace, seulement une fraction de la lumière solaire passe à travers le feuillage (15%); qui réfléchit les rayons solaires de tous les côtées;
l'oeil peut s'adapter rapidement au niveau réduit de l'ambiant lumineux.
L'irrigation de la peau, des tissus et des muscles est améliorée: les vaisseaux se détendent: On se sent à l'aise.
Foto: Keystone
17 Gelungene Tageslicht-Integration im
Architekturprojekt ist ein Attribut, das in zweckmässiger Form direkt auf eine Reduktion des Energieverbrauchs in Gebäuden zielt – und dabei höheren Benutzerkomfort bewirkt.
Renommierte Architekten verstehen es, die Chancen zur besseren Tageslichtnutzung bewusst wahr- zunehmen. Im Airport Terminal Stansted, England, sorgen z.B.
Oberlichter von nur 4% der Bodenfläche zusammen mit hellen Materialien für weitestgehende Tageslichtautonomie (Architekt: Sir Norman Foster and
Partners, London)
L’intégration appropriée de la lumière naturelle dans le projet d’architecture conduit à une amélioration des condi- tions de confort des usagers et à une diminution de la consommation d’électricité du bâtiment. Le succès de cette intégration dépend de la volonté du maître d’oeuvre, respon- sable des choix fondamentaux en ce qui concerne le projet. Des architectes de réputation internationale ont com- pris cela depuis longtemps et mettent en pratique cette règle. C’est le cas, par exemple, de Norman Forster et de ses associés, responsables du projet de l’aéroport de Stansted en Angleterre: grâce à la création d’ouvertures zénithales suffisantes (indice d’ouverture 4%) et à un choix de revêtements de teintes claires, ils ont contribué à la réalisation d’une halle d’aéroport, caractérisée par une autonomie importante en éclairage naturel.
